Магнитные сплавы с особыми свойствами

В ряде случаев требуются материалы с повышенным постоянством магнитной проницаемости в слабых магнитных полях. Материалы с такими свойствами необходимы для создания магнитных элементов с большим магнитным потоком, в частности в некоторых дросселях, трансформаторах тока, аппаратуре телефонной связи, измерительных приборов и др. Магнитная проницаемость может быть обусловлена обратимыми и необратимыми процессами намагничивания. Проницаемость постоянна при обратимых процессах намагничивания, следовательно, такие материалы должны обладать обратимой проницаемостью в различных магнитных полях.

Экспериментально установлено, что постоянством проницаемости обладают материалы на основе Fe–Ni, Fe–Co, Fe–Ni–Co сплавов. Тройной сплав (25% Со, 45% Ni, остальное – Fe) называют перминваром. Магнитная проницаемость перминвара после специальной термической обработки в вакууме становится равной 300 и остается постоянной при напряженности поля от 0 до 160 А/м. Индукция насыщения перминваров достигает 1,55 Тл. Применение перминвара ограничивается сложностью технологии получения и высокой стоимостью.

Более высокая стабильность магнитной проницаемости, но при меньшем ее значении (m_нач=30...80) имеется в сплаве изотерм, который состоит из железа, никеля, алюминия и меди. После холодной прокатки в этих материалах постоянство магнитной проницаемости сохраняется при напряженности поля до 500 А/м. Применяется сплав в производстве телефонной аппаратуры.

Для различных типов сердечников, полюсов электромагнитов, работающих в магнитных полях с напряженностью 24000 А/м и выше, необходимы материалы с особо высокой индукцией насыщения. Такими свойствами обладает Fe–Co – сплав пермендюр, который состоит из 30...50 % кобальта, 1,5...2 % ванадия (остальное – железо). Этот сплав обладает наивысшей из всех известных ферромагнетиков индукцией насыщения (до 2,43 Тл). Из-за высокой стоимости пермендюр применяется в специализированной аппаратуре, в частности для изготовления мембран телефонов, осциллографах и т.д. К числу недостатков пермендюра относится малое удельное электрическое сопротивление, которое приводит к значительным потерям на вихревой ток при работе в переменных магнитных полях.

В электротехнике используют материалы с большой зависимостью магнитной проницаемости от температуры для температурной компенсации (термокомпенсации) магнитных цепей. Из них изготавливаются магнитные шунты, с помощью которых достигается температурная стабильность свойств магнитных цепей с постоянным магнитом. С увеличением температуры магнитный поток в рабочем зазоре основного магнита снижается. Это изменение компенсируется возрастанием магнитного сопротивления шунта. Термомагнитный материал шунта должен иметь магнитную проницаемость, которая сильно зависит от температуры в рабочем диапазоне от –70 до +80 °С, и точку Кюри, близкую к рабочей температуре установки.

В качестве термомагнитных материалов для магнитных шунтов применяют следующие сплавы: медно–никелевый – кальмаллой, железо–никелевый – термаллой, железо–никель–хромовый – компенсатор.

Изменение концентрации меди в кальмаллое от 3 до 40% позволяет изготавливать сплавы, которые компенсируют изменение магнитной проницаемости в магнитных цепях в пределах температур 20...80 °С и от –50 до +10 °С. Недостатком кальмаллоя является низкая индукция насыщения, для повышения ее в кальмаллой добавляют присадки железа. Термаллой содержит от 28,5 до 33,5% никеля. По сравнению с кальмаллоями он обладает более высокой индукцией насыщения, которая резко зависит от температуры. Недостатками термаллоя являются наличие значительного температурного гистерезиса в области низких температур, сравнительно низкий предел отрицательных температур, а также сильное влияние состава на свойства материала.

Для более широкого применения в области низких температур железоникелевые сплавы легируют хромом. Такие сплавы называют компенсаторами. Их свойства в меньшей степени зависят от состава; они хорошо обрабатываются и имеют достаточно высокую индукцию насыщения.

Методами порошковой металлургии разработаны термомагнитные сплавы на основе Fe–Ni–Mo. Магнитные свойства их близки к сплавам-компенсаторам, но эти материалы отличаются более высокой воспроизводимостью свойств.